Integración del proceso de nanofiltración y secado por aspersión para la obtención de fructanos en polvo de agave salmiana

Abstract

Los fructanos extraídos del agave son de interés en la industria alimentaria debido a sus características nutricionales y funcionales comparables a los fructanos de achicoria; por ello, existe una tendencia creciente en el uso del agave como materia prima para la obtención de fructanos purificados. En nuestro laboratorio, fue obtenido jugo de Agave salmiana crudo a partir del tallo de la planta utilizando un molino y equipo expeller seguido de procesos de clarificación y secado por aspersión para obtener fructanos en polvo. Fue encontrado que las impurezas en el jugo de Agave salmiana (principalmente sacarosa, fructosa y glucosa) causaron adherencia a las paredes del secador por aspersión y bajos rendimientos. La nanofiltración (NF) es una tecnología propuesta para eliminar las impurezas a fin de disminuir el problema de pegajosidad en el secado evitando el uso de agentes acarreadores y aumentando la pureza de los fructanos. En este estudio, fue seleccionada una combinación de NF y secado por aspersión para la obtención de fructanos purificados a partir de Agave salmiana. Los experimentos de NF fueron realizados con una presión constante de 0.35 MPa operados en modo NF-concentración y modo NFdiafiltración utilizando un modelo matemático para ajustar ambas modalidades a una variable única denominada factor de dilución (n) que varió desde -2 (factor de reducción de volumen inicial ó VRF = 4) hasta 2 (factor de dilución del volumen inicial ó VDF = 4). El retentado obtenido fue secado por aspersión en un equipo B c i ini spray dryer B-290 con una presión de aire de 0.15 MPa, alimentación de 7.5 mL/min y aire de entrada de 160 a 180°C. Los resultados mostraron que el contenido de fructanos en el polvo fue en la mayoría de los casos mayor al 90% con una pureza máxima de 99.1%, todos los polvos mostraron bajas humedades (< 5.67%) y el más alto rendimiento en polvo (75.1%) fue alcanzado con jugo tratado en NF-diafiltración. También fue establecido mediante el modelo matemático ajustado que la mayor obtención de fructanos en polvo (87.07 gfructanos/Ljugo agave crudo) se logró con n = 0.86 (VDF = 1.82) y Tsecado = 168.4 ºC, teniendo en estas condiciones una pureza del 91.9%. Los valores promedio de Tg anhidra para las muestras de fructanos de Agave salmiana se encontraron entre 128.8 ºC y 131.4 ºC, sin diferencia estadísticamente significativa entre la Tg de los distintos polvos, estos valores son consistentes con los reportados para inulina de achicoria (120 ºC) y fructanos de Agave tequilana (entre 119.8 y 131.3 ºC).

Fructans extracted from agave plants, have received considerable interest as ingredients in the food industry because their nutritional and functional characteristics are comparable to the chicory fructans. So, there is an increasing interest in the large-scale processing of agave plants as a raw material for obtaining purified fructans. In our laboratory, the crude juice production from crushed Agave salmiana stem using mill and expeller equipment followed by clarification and spray drying processes was proposed to obtain powdered fructans. It was found that impurities in the clarified and microfiltered Agave salmiana juice (sucrose, fructose, and glucose) causing stickiness to the walls of the spray dryer and low yields. Therefore, nanofiltration (NF) is a technology proposed to remove these low molecular weight sugars in order to diminish the problem of sticking in spray drying avoiding the use of carrier agents and increase the purity of the fructans. For this study, a combination of NF and spray drying was selected for obtaining purified fructans from Agave salmiana. NF experiments were performed a constant pressure of 0.35 MP operated in NF-concentration mode and NF-diafiltration mode using a mathematical model to adjust both modalities to a single variable called dilution factor (n) which ranged from -2 (reduction factor of the initial volume or VRF = 4) to 2 (dilution factor of the initial volume or VDF = 4). The retentate obtained was dried in a B c i ini spray dryer B-290 equipment with an air pressure of 0.15 MPa, feed flow rate of 7.5 mL/min and inlet air temperature of 160 to 180°C. The results showed that fructan content of powder in most cases was higher than 90% with a highest purity of 99.1%, all powders showed low humidity (< 5.67%) and the highest powder yield (75.1%) were reached with juice treated in NF-diafiltration mode. Also, it was established by the adjusted mathematical model that most fructan poder obtaining (87.07 gfructans/Lagave raw juice) is achieved with n = 0.86 (VDF = 1.82) y Tdrying = 168.4 ºC, having under this conditions a purity of 91.9%. The average values of Tg in the anhydrous Agave salmiana fructans samples were between 128.8 ºC and 131.4 ºC, without statistically significant difference between the Tg of the different powders, these values are consistent with those reported for chicory inulin (120 ºC) and Agave tequilana fructans (between 119.8 and 131.3 ºC).